(57)【要約】【課題】出力光の光束とその演色性を向上させることができる発光ダイオード装置を提供する。【解決手段】基板２に実装された発光ダイオードチップ８と；発光ダイオードチップを被覆し、黄色蛍光体を添加してなる黄色蛍光体層１３と；基板に形成されて、発光ダイオードチップの発光の波長域における光の反射率をニッケルの当該反射率よりも低くするとともに、黄色蛍光体層の蛍光発光の波長域における光の反射率をニッケルの当該反射率よりも高くする反射特性を有する底部，側面金めっき層７ａ，７ｂと；を具備している。【選択図】  図３
2006237571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装された発光ダイオードチップと；
発光ダイオードチップを被覆し、蛍光体を添加してなる蛍光体層と；
基板に形成されて、発光ダイオードチップの発光の波長域における光の反射率をニッケルの当該反射率よりも低くするとともに、蛍光体層の蛍光発光の波長域における光の反射率をニッケルの当該反射率よりも高くする反射特性を有する反射層と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項２】
前記反射層が金により形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記反射層は、前記蛍光体層からの光を投光する投光開口を有し発光ダイオードチップを収容する凹部の内面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード装置。
【請求項４】
基板に実装されて、主に青色光を発光する発光ダイオードチップと；
発光ダイオードチップからの青色光に励起されて黄色系光を発光し、これら青色光と黄色系光との混色よりなる白色光を放射する蛍光体層と；
波長５４０ｎｍでの反射率が波長４６０ｎｍでの反射率の１．３倍〜２．５倍をなし、かつ波長５４０ｎｍでの反射率が７０％以上の特性を有し、少なくとも青色光と黄色系光を反射する反射層と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項５】
前記反射層が金めっきにより形成されていることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード装置。
【請求項６】
前記金めっき層の厚さが０．２〜０．４μｍであることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記反射層が前記基板に形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一に記載の発光ダイオード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）を配設する発光ダイオード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード装置の一例としては、発光ダイオードチップを配設するケース内に、合成樹脂を充填して発光ダイオードチップをケース内に封止する面実装タイプのものが知られている（例えば特許文献１参照）。そして、この種の発光ダイオード装置により白色光を発光させる従来例の一例としては、青色発光ＬＥＤチップの青色光と、この青色発光により黄色発光蛍光体を励起させて得た黄色光とを混色させて白色光を出力させるものが知られている。また、この種の発光ダイオード装置では、発光ダイオードチップの発光を基板実装面に反射させて、出力光の光束を高めるために、この基板実装面に、反射率の高い白色樹脂や、Ａｇめっき、Ｎｉめっき等の金属めっきを形成するものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−４３６２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術では、出力光の光束を高めるためにニッケルめっきより反射率の高い銀めっきを使用すると、出力光の光束は向上するが、演色性および相関色温度が変化してしまうという課題がある。
【０００４】
すなわち、従来技術において、発光ダイオードチップの青色発光（例えば４６０ｎｍ）等の短波長側の反射率を高くすると、青色発光により発光する蛍光体の発光強度が強くなり、このため青色発光強度との強度比が変化するからである。
【０００５】
したがって、反射率を高くして出力光の光束と演色性を共に高めることは、必ずしも実現できるものではない。
【０００６】
本発明は、演色性の低下を抑制するとともに出力光の光束を向上させる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、基板に実装された発光ダイオードチップと；発光ダイオードチップを被覆し、蛍光体を添加してなる蛍光体層と；基板に形成されて、発光ダイオードチップの発光の波長域における光の反射率をニッケルの当該反射率よりも低くするとともに、蛍光体層の蛍光発光の波長域における光の反射率をニッケルの当該反射率よりも高くする反射特性を有する反射層と；を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記反射層が金により形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記反射層は、前記蛍光体層からの光を投光する投光開口を有し発光ダイオードチップを収容する凹部の内面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード装置である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、基板に実装されて、主に青色光を発光する発光ダイオードチップと；発光ダイオードチップからの青色光に励起されて黄色系光を発光し、これら青色光と黄色系光との混色よりなる白色光を放射する蛍光体層と；波長５４０ｎｍでの反射率が波長４６０ｎｍでの反射率の１．３倍〜２．５倍をなし、かつ波長５４０ｎｍでの反射率が７０％以上の特性を有し、少なくとも青色光と黄色系光を反射する反射層と；を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記反射層が金めっきにより形成されていることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード装置である。
【００１２】
請求項６に係る発明は、前記金めっき層の厚さが０．２〜０．４μｍであることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード装置である。
【００１３】
請求項７に係る発明は、前記反射層が前記基板に形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一に記載の発光ダイオード装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、反射層により、蛍光体層の蛍光発光を含む長波長域における光の反射率を、ニッケルＮｉの当該反射率よりも高くすることができるので、その分、この蛍光体層から外部へ出力される出力光の光束を高めることができる。
【００１５】
しかも、この光束が向上する出力光は演色性を向上させる長波長域の光であるので、演色性の低下を抑制することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る反射層が金よりなるので、反射層の酸化または硫化による経年劣化を防止または低減することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、蛍光体からの長波長域の光が基板の反射面と、投光開口を有する凹部の内面の２箇所において、高い反射層によりそれぞれ反射されるので、その反射光量を増加させることができる。したがって、反射光量の増加だけ、凹部開口から外部へ出力される出力光の光束を高めることができる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、その反射層により、例えば約７０００Ｋ以下の低相関色温度領域における視感効率（ｌｍ／Ｗ）を、ニッケル（Ｎｉ）製の反射層等の視感効率よりも向上させることができるので、その分、低相関色温度領域における光出力の低下を抑制させることができる。換言すれば、低相関色温度領域では、光出力の低下を抑制しつつ、蛍光体層の組成等を変える等の方法により相関色温度を適宜変更することができる。
【００１９】
なお、反射層の上記波長５４０ｎｍと４６０ｎｍでの反射率比が１．３未満の場合は、その反射特性が短波長域での光の反射率が金よりも高いニッケルの反射特性に近くなるので、低相関色温度に調整しにくくなる。また、反射率比が２．５倍を超える場合には、反射光中の青色光が相対的に減少して視感効率が低下する傾向にある。このために、低相関色温度領域しか調整できず、相関色温度の調整可能範囲が狭くなる。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、請求項５に係る反射層が金めっきよりなるので、反射層の酸化や硫化による経年劣化を防止または低減することができる。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、金めっきよりなる反射層の厚さが０．２〜０．４μｍであるので、その厚さ以外の場合よりも反射率が高いという効果を奏することができる。
【００２２】
請求項７に係る発明によれば、基板に発光ダイオードチップを実装する際に、この平板状の基板上に反射層を形成することができるので、この反射層を高効率かつ高精度に容易に形成することができる。
【００２３】
また、基板は発光ダイオードチップを実装した後は、この基板を底面とし、この底面に直線的に対向するように光取出し口（投光開口）を容易に形成することができるので、この底面の反射層で反射した反射光を含む光の光取出し口からの光取出し効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、複数の添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置１の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図２のＩＩＩ部拡大図である。
【００２６】
図１，図２に示すようにＬＥＤ照明装置１は、基板２上に、複数の発光ダイオード装置３，３，…を例えば３行３列のマトリクス状に配設し、かつ一体に連成している。
【００２７】
基板２は放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やＮｉ、ガラスエポキシ等の平板からなり、複数の発光ダイオード装置３，３，…の各基板を一体に連成してなる一体基板であり、この基板２上には、電気絶縁層４を介して導電層５が配設されている。
【００２８】
図３に示すように導電層５は、各ＬＥＤ装置３毎にＣｕとＮｉの合金やＡｕ等により、陰極側と陽極側の一対の回路パターン（配線パターン）５ａ，５ｂを形成しており、これら一対の回路パターン５ａ，５ｂ間には、樹脂等の電気絶縁体５ｃを介在させて、これら一対の回路パターン５ａ，５ｂ同士を電気的に絶縁している。
【００２９】
これら一対の回路パターン５ａ，５ｂ上には、底部Ｎｉ（ニッケル）めっき層６ａを介して底部金めっき層７ａを形成しており、底部Ｎｉめっき層６ａは底部金めっき層７ａの下地層を形成している。これら底部Ｎｉめっき層６ａと、底部金めっき層７ａは、一対の回路パターン５ａ，５ｂに対応して、陰極側と陽極側とに電気絶縁体５ｃにより、それぞれ電気絶縁されている。さらに、この底部金めっき層７ａの陰極側または陽極側の一方上には、各ＬＥＤ装置３毎に、青色発光ＬＥＤチップ８をそれぞれ搭載している。各青色発光ＬＥＤチップ８は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。各青色発光ＬＥＤチップ８は、その陰極と陽極の一対の上面電極を回路パターン５ａ，５ｂ上の金めっき層７ａ上にボンディングワイヤ９，９によりそれぞれ接続している。
【００３０】
そして、基板２上には、各青色発光ＬＥＤチップ８の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板２の反対側（図２，図３では上方）に向けて漸次拡開する円錐台状の凹部１０をそれぞれ同心状に形成したレンズホルダ１１を各ＬＥＤ装置３毎に形成すると共に、これらを一体に形成している。レンズホルダ１１は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂よりなり、各凹部１０は外部に開口する投光開口１０ａをそれぞれ有する。
【００３１】
そして、各凹部１０は、その内部に、透光性を有するシリコンゴムやエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を封止樹脂１２としてそれぞれ充填し、この封止樹脂１２に、青色発光ＬＥＤチップ８からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄色発光蛍光体を所要質量％添加した樹脂を注入して熱硬化させることにより、黄色発光蛍光体１３を構成している。
【００３２】
なお、黄色発光蛍光体１３としては、波長４８０ｎｍ以上の黄色光や緑色光を含む黄色系光を蛍光発光するものを含む。また、図４に示すように凹部１０の側面に、上記Ｎｉめっき層と金めっき層を、側面Ｎｉめっき層６ｂと側面金めっき層７ｂとして全面的に形成してもよく、さらに、これら側面Ｎｉめっき層６ｂと側面金めっき層７ｂは、底部Ｎｉめっき層６ａと底部金めっき層７ａにそれぞれ一体に連成してもよい。
【００３３】
図５は底部，側面金めっき層７ａ，７ｂと、これら金めっき層７ａ，７ｂを削除した従来のＮｉめっき層のみの可視光反射率を示す反射特性を比較して示している。
【００３４】
図５中、Ａ曲線に示すようにＮｉめっき層の可視光反射率は、青色発光ＬＥＤ８の青色光の波長（例えば４６０ｎｍ）を含む４００ｎｍ〜４８０ｎｍの短波長域における反射率が約５０％程度で比較的高いものの、５５０ｎｍ以上の長波長域における反射率が約６５％〜７０％程度で必ずしも高くない。
【００３５】
これに対し、Ｂ曲線に示すように底部，側面金めっき層７ａ，７ｂの可視光反射率は、上記短波長域における反射率が例えば約４０％程度で、Ｎｉめっき層の５０％程度の反射率よりも低いが、５５０ｎｍ以上の長波長域における反射率は約８０％〜１００％であって、Ｎｉめっき層の約６５％〜７０％程度よりも、約２０％〜３０％程度高い。
【００３６】
次に、このＬＥＤ照明装置１の作用を説明する。
【００３７】
まず、各陰極側と陽極側の回路パターン５ａ，５ｂ間に、外部から所定の直流電圧が印加されると、各青色発光ＬＥＤチップ８が青色発光される。この青色発光は、黄色発光蛍光体層１３内で黄色蛍光体を励起して黄色に発光させると共に、この黄色と混色されて白色光になる。これら青色発光や黄色光、白色光は、投光開口１０ａに対向する底部金めっき層７ａに反射され、または投光開口１０ａに向けて漸次開口する側面金めっき層７ｂによっても、それぞれ反射されて投光開口１０ａから外部へそれぞれ投光される。
【００３８】
このために、投光開口１０ａから外部へ放射される投光の光束を例えば約２０％〜３０％程度向上させることができる。
【００３９】
しかも、この光束が向上した光の波長域が主に演色性を向上させる長波長域（例えば５５５０ｎｍ以上）の光であるので、演色性を向上させることもできる。さらに、底部，側面金めっき層７ａ，７ｂの両者を具備する場合には、その一方しか具備していない場合よりも、蛍光体層１３内での光の反射率が向上するので、その分、出力光の光束と演色性を向上させることができる。
【００４０】
また、反射面の底部，側面金めっき層７ａ，７ｂが酸化しにくい金からなるので、酸化による経年劣化を防止または低減することができる。
【００４１】
さらに、底部，側面金めっき層７ａ，７ｂは、下地の底部，側面Ｎｉめっき層６ａ，６ｂをそれぞれ介して導電層５、基板２およびレンズホルダ９に形成されるので、底部，側面金めっき層７ａ，７ｂの金が導電層５、基板２およびレンズホルダ９に失透するのを防止して底部，側面金めっき層７ａ，７ｂの塗布性を向上させることができる。なお、上記電気絶縁体５ｃは、上記導電層５、底部Ｎｉめっき層６ａ、底部金めっき層７ａの各陰極側と陽極側とを離間させる間隙に置換してもよい。
【００４２】
図６は本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード照明装置２１に設けた発光ダイオード装置２２の要部縦断面図である。この発光ダイオード装置２２は、回路パターン５上に、反射層２３を形成した点に主な特徴を有し、上記図１〜図４で示す発光ダイオード装置３と同一または相当部分には、図６にて同一符号を付して重複した説明は省略または簡素化している。
【００４３】
反射層２３の反射材としては、光の５４０ｎｍでの反射率ｒａが、４６０ｎｍでの反射率ｒｂの１．３〜２．５倍である反射特性を有するものが使用される。
【００４４】
図５に示すように金めっきＢは、４６０ｎｍでの反射率ｒａが例えば約４０％、５４０ｎｍでの反射率ｒｂが約８０％であり、後者の反射率ｒｂが前者の反射率ｒａの約２倍であるから、反射層２３の反射材としての要件を具備している。
【００４５】
図８はこの金めっき層の厚さと、所要波長（例えば４５０，５５０，６６０ｎｍ）での全反射率との相関関係を示す一覧表であり、図９は同グラフである。これら図８，図９に示すように金めっき層の全反射率は、めっき厚が約０．１μｍ，０．３μｍ，０．５μｍの中では、０．３μｍが最大である。
【００４６】
したがって、反射層２３としては０．３μｍ厚の金めっき層が最も望ましい。
【００４７】
図７はこの反射層２３として金めっきＡｕと、ニッケルめっきＮｉをそれぞれ使用したときの相関色温度（Ｋ）と視感効率との相関関係を示すグラフであり、このグラフは新知見に基づく。相関色温度は例えば封止樹脂１２内に混合される黄色発光や赤色発光等黄色光系の蛍光体の混合量を調節することにより調整することができる。
【００４８】
図７に示すように反射層２３として金めっき層を使用した場合には、例えば約７０００Ｋ以下の低相関色温度領域における視感効率がニッケルめっき層Ｎｉの視感効率よりも高い。
【００４９】
したがって、反射層２３としてニッケルを使用する場合には、例えば封止樹脂１２内に混合させる赤色蛍光体の混合量を増加させることにより相関色温度を低温度領域に調節することができるが、赤色蛍光体自体の青色光から赤色光への変換効率が低いうえに、発光ダイオードチップ８からの青色光と黄色蛍光体からの黄色光を吸収するので、白出力光が低くなる。
【００５０】
これに対し、反射層２３として金めっきを使用する場合には、封止樹脂１２内に混合させる赤色蛍光体の混合量をニッケルの場合よりも増加させることなく、例えば約７０００Ｋ以下の低相関色温度領域に調節することができる。
【００５１】
このために、低相関色温度領域では、出力光を低下させずに相関色温度を適宜調節することができる。すなわち、取り出すべき出力光の相関色温度が同じであれば、金めっきの方がニッケルめっきよりも出力光を向上させることができる。
【００５２】
また、基板２に発光ダイオードチップ８を実装する際に、この平板状の基板２上に反射層２３を形成することができるので、この反射層２３を高効率かつ高精度に容易に形成することができる。
【００５３】
また、基板２は発光ダイオードチップ８を実装した後は、この基板２を底面とし、この底面に直線的に対向するように光取出し口（投光開口）を容易に形成することができるので、この底面の反射層２３で反射した反射光を含む出力光の光取出し口からの出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】図２のＩＩＩ部拡大図。
【図４】本発明の他の実施形態の要部拡大縦断面図。
【図５】底部，側面金めっき層と従来のＮｉめっき層のみの可視光反射率を示す反射特性を比較して示す図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の発光ダイオード装置の要部縦断面図。
【図７】図６で示す発光ダイオード装置の反射層として金めっき、銀めっきおよびニッケルめっきを使用したときの白色光の相関色温度と視感効率との相関関係を示すグラフ。
【図８】図６で示す金めっき層の厚さと、白色光の所要波長における全反射率との相関関係を示す一覧表。
【図９】図８で示す金めっき層の厚さと、白色光の所要波長における全反射率との相関関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５５】
１，２１…発光ダイオード照明装置、２，２２…基板、３…発光ダイオード装置、４…絶縁層、５…導電層、６ａ…底部Ｎｉめっき層、６ｂ…側面金めっき層、７ａ…底部金めっき層、７ｂ…側面金めっき層、８…ＬＥＤチップ、１０…凹部、１０ａ…投光開口、１０ｂ…凹部側面、１１…レンズホルダ、１３…黄色蛍光体層、２３…反射層。
【図１】
2006237571.tif 000003
【図２】
2006237571.tif 000004
【図３】
2006237571.tif 000005
【図４】
2006237571.tif 000006
【図５】
2006237571.tif 000007
【図６】
2006237571.tif 000008
【図７】
2006237571.tif 000009
【図８】
2006237571.tif 000010
【図９】
2006237571.tif 000011